Webb scrute le noyau gelé du nuage moléculaire, révélant le côté obscur de la chimie de la glace préstellaire

Une équipe internationale d’astronomes a rapporté la découverte de diverses glaces dans les régions les plus sombres d’un nuage moléculaire froid encore mesuré par l’étude de cette région. Cette découverte permet aux astronomes d’examiner des particules simples et glacées qui seront incorporées dans les futures exoplanètes, tout en ouvrant une nouvelle fenêtre sur l’origine de particules plus complexes qui constituent la première étape de la création des éléments constitutifs de la vie. Crédit : Image : NASA, ESA, CSA, Science : Fengwu Sun (Steward Observatory), Zak Smith (The Open University), IceAge ERS Team, Image Processing : M. Zamani (ESA/Webb)

Webb a identifié des formes immobilisées d’un large éventail de molécules, y compris le dioxyde de carbone, l’ammoniac et le méthane.

Une équipe internationale d’astronomes a annoncé avoir utilisé[{ » attribute= » »>NASA’s James Webb Space Telescope. This result allows astronomers to examine the simple icy molecules that will be incorporated into future exoplanets, while opening a new window on the origin of more complex molecules that are the first step in the creation of the building blocks of life.

Chamaeleon I Molecular Cloud (Webb NIRCam Image)

This image by NASA’s James Webb Space Telescope’s Near-Infrared Camera (NIRCam) features the central region of the Chamaeleon I dark molecular cloud, which resides 630 light years away. The cold, wispy cloud material (blue, center) is illuminated in the infrared by the glow of the young, outflowing protostar Ced 110 IRS 4 (orange, upper left). The light from numerous background stars, seen as orange dots behind the cloud, can be used to detect ices in the cloud, which absorb the starlight passing through them. Credit: Image: NASA, ESA, CSA, Science: Fengwu Sun (Steward Observatory), Zak Smith (The Open University), IceAge ERS Team, Image Processing: M. Zamani (ESA/Webb)

James Webb Space Telescope Unveils Dark Side of Pre-stellar Ice Chemistry

If you want to build a habitable planet, ices are a vital ingredient because they are the main source of several key elements — namely carbon, hydrogen, oxygen, nitrogen, and sulfur (referred to here as CHONS). These elements are important ingredients in both planetary atmospheres and molecules like sugars, alcohols, and simple amino acids.

An international team of astronomers using NASA’s James Webb Space Telescope has obtained an in-depth inventory of the deepest, coldest ices measured to date in a molecular cloud.[1] En plus de la simple glace comme l’eau, l’équipe a pu identifier les formes congelées d’un large éventail de molécules, du sulfure de carbonyle, de l’ammoniac et du méthane, à la molécule organique complexe la plus simple, le méthanol. (Les chercheurs considéraient que les molécules organiques étaient complexes lorsque six atomes ou plus étaient présents.) Il s’agit du recensement le plus complet à ce jour des ingrédients glacés disponibles pour former les futures générations d’étoiles et de planètes, avant qu’ils ne soient chauffés lors de la formation de jeunes étoiles.

a déclaré Melissa McClure, astronome à l’Observatoire de Leiden aux Pays-Bas, qui est la chercheuse principale du programme d’observation et l’auteur principal de l’article décrivant la découverte. « Ces observations ouvrent une nouvelle fenêtre sur les voies de formation des molécules simples et complexes nécessaires pour fabriquer les éléments constitutifs de la vie. »

Chamaeleon I Molecular Cloud (image Webb NIRCam) annoté

Version annotée de l’image ci-dessus. Les deux étoiles de fond utilisées dans cette étude, NIR38 et J110621 sont indiquées sur l’image en blanc. Crédit : NASA, ESA, CSA et M. Zamani (ESA/Webb) ; Sciences : F. Sun (Stward Observatory), Z. Smith (Open University) et l’équipe Ice Age ERS

En plus des molécules qu’ils ont identifiées, l’équipe a trouvé des preuves de molécules plus complexes que le méthanol, et bien qu’ils n’aient pas définitivement attribué ces signaux à des molécules spécifiques, cela prouve pour la première fois que des molécules complexes se forment dans les profondeurs glacées des nuages ​​moléculaires. avant même que les étoiles ne naissent. .

a ajouté Will Rocha, un astronome de l’Observatoire de Leiden qui a contribué à la découverte. « Cela pourrait signifier que la présence de molécules précurseurs de prébiotiques dans les systèmes planétaires est une conséquence courante de la formation d’étoiles, plutôt qu’une caractéristique unique de notre système solaire. »

En détectant des sulfures de carbonyle glacés contenant du soufre, les chercheurs ont pu estimer pour la première fois la quantité de soufre présente dans les grains de poussière préstellaires glacés. Bien que la quantité mesurée soit supérieure à celle précédemment observée, elle est toujours inférieure à la quantité totale qui devrait être présente dans ce nuage, en fonction de sa densité. Cela est également vrai pour les autres CHONS. Le principal défi pour les astronomes est de comprendre où ces éléments se cachent : dans la glace, les matériaux ressemblant à de la suie ou les roches. La quantité de CHONS dans chaque type de matériau détermine la quantité de ces éléments qui finissent par être traités[{ » attribute= » »>exoplanet atmospheres and how much in their interiors.

“The fact that we haven’t seen all of the CHONS that we expect may indicate that they are locked up in more rocky or sooty materials that we cannot measure,” explained McClure. “This could allow a greater diversity in the bulk composition of terrestrial planets.

Chamaeleon I Dark Cloud (Webb Spectra)

Astronomers have taken an inventory of the most deeply embedded ices in a cold molecular cloud to date. They used light from a background star, named NIR38, to illuminate the dark cloud called Chamaeleon I. Ices within the cloud absorbed certain wavelengths of infrared light, leaving spectral fingerprints called absorption lines. These lines indicate which substances are present within the molecular cloud.
These graphs show spectral data from three of the James Webb Space Telescope’s instruments. In addition to simple ices like water, the science team was able to identify frozen forms of a wide range of molecules, from carbon dioxide, ammonia, and methane, to the simplest complex organic molecule, methanol.
In addition to the identified molecules, the team found evidence for molecules more complex than methanol (indicated in the lower-right panel). Although they didn’t definitively attribute these signals to specific molecules, this proves for the first time that complex molecules form in the icy depths of molecular clouds before stars are born.
The upper panels and lower-left panel all show the background star’s brightness versus wavelength. A lower brightness indicates absorption by ices and other materials in the molecular cloud. The lower-right panel displays the optical depth, which is essentially a logarithmic measure of how much light from the background star gets absorbed by the ices in the cloud. It is used to highlight weaker spectral features of less abundant varieties of ice.
Credit: Illustration: NASA, ESA, CSA, Joseph Olmsted (STScI), Science: Klaus Pontoppidan (STScI), Nicolas M. Crouzet (LEI), Zak Smith (The Open University), Melissa McClure (Leiden Observatory)

Chemical characterization of the ices was accomplished by studying how starlight from beyond the molecular cloud was absorbed by icy molecules within the cloud at specific infrared wavelengths visible to Webb. This process leaves behind chemical fingerprints known as absorption lines which can be compared with laboratory data to identify which ices are present in the molecular cloud. In this study, the team targeted ices buried in a particularly cold, dense, and difficult-to-investigate region of the Chamaeleon I molecular cloud, a region roughly 500 light-years from Earth that is currently in the process of forming dozens of young stars.

“We simply couldn’t have observed these ices without Webb,” elaborated Klaus Pontoppidan, Webb project scientist at the Space Telescope Science Institute in Baltimore, Maryland, who was involved in this research. “The ices show up as dips against a continuum of background starlight. In regions that are this cold and dense, much of the light from the background star is blocked, and Webb’s exquisite sensitivity was necessary to detect the starlight and therefore identify the ices in the molecular cloud.”

Cette recherche fait partie de Projet L’Age de Glace, l’un des 13 programmes de diffusion anticipée de Webb. Ces observations sont conçues pour mettre en valeur les capacités d’observation de Webb et pour permettre à la communauté astronomique d’apprendre à tirer le meilleur parti de ses instruments. L’équipe Ice Age a déjà prévu d’autres observations et espère retracer le parcours de la glace depuis sa formation jusqu’au rassemblement de comètes glacées.

« Ce n’est que la première fois d’une série d’instantanés spectraux que nous verrons comment les glaces évoluent de leur composition initiale aux régions de formation de comètes des disques protoplanétaires », a conclu McClure. « Cela nous dira quel mélange de glaces – et donc quels éléments – pourraient éventuellement être livrés aux surfaces des exoplanètes terrestres ou incorporés dans les atmosphères des géantes gazeuses ou des planètes glacées. »

Ces résultats ont été publiés dans le numéro du 23 janvier de astronomie naturelle.

Remarques

  1. Un nuage moléculaire est un énorme nuage interstellaire de gaz et de poussière dans lequel des molécules, telles que l’hydrogène et le monoxyde de carbone, peuvent se former. Des amas frais et denses dans des nuages ​​moléculaires avec des densités plus élevées que leur environnement pourraient être les sites de formation d’étoiles s’ils s’effondraient pour former des protoétoiles.

Référence : « Ice Age JWST Inventory of Dense Molecular Cloud Snow » par M.K. McClure, D. . Qasim, MJ Rasheed, ZL Smith, Fengo Sun, Tracy L. Beck, ACA Bogert, W. Brown, B. Caselli, S.B. Charnley, Herma M. Cobbin, H. Dickinson, M.N. Drozdovskaya, Egami, J. Erkal, H. Fraser, RT Garrod, DeHarsono, S. Iopoulou, I Jimenez-Serra, MJin, JK Jorgensen, Lee Christensen, DC Lees, MRS McCostra, Brett A McGuire, JG Melnick, Karen I Oberg, May Palumbo, T. Shimonishi, J.A. Storm , EF Van Dishoek et H. Lennarts, 23 janvier 2023, disponible ici. astronomie naturelle.
DOI : 10.1038/s41550-022-01875-w

Le télescope spatial James Webb est le premier observatoire scientifique spatial au monde. Webb résoudra les mystères de notre système solaire, regardera au-delà des mondes lointains autour d’autres étoiles et sondera des structures mystérieuses, les origines de l’univers et notre place dans celui-ci. Webb est un programme international piloté par la NASA avec ses partenaires l’ESA (Agence Spatiale Européenne) et l’Agence Spatiale Canadienne.

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